碳材料修饰零价铝的作用机制

零价铝(Zero-Valent Aluminum,ZVAl)因具有极低的氧化还原电位,使其成为良好的电子供体,是环境工程污染物降解领域中极具潜势的零价金属。然而,由于ZVAl的强还原活性,其表面易形成致密的氧化薄膜、破膜后易再次钝化和电子的利用率低等缺点,制约了其与污染物的反应。研究表明,碳材料在修饰ZVAl时,不仅可以引发电偶和晶间腐蚀、强化传质过程、加速电子转移,提高ZVAl的反应效率;还能赋予材料优异的机械强度,克服ZVAl自身的弊端,阻滞氧气和腐蚀介质的侵蚀,维持材料的长效性;此外,碳材料的亲疏水性质、带电荷和表面官能团的可调性提高了材料对污染物的特异性吸附,高催化活性使底物实现定向转化,提高了ZVAl体系的电子利用效率。鉴于此,本文系统总结了活性炭、石墨、碳纳米管和石墨烯等碳材料在不同修饰方法下对ZVAl的作用机制、产生的功能效用,探讨了修饰参数(碳材料的种类和比例、过程控制剂的种类、热处理的温度和时间、ZVAl的几何形态等)对复合材料的影响规律,并就精确控制参数、深入研究机理,实现功能化复合材料的定向制备以拓宽其应用价值进行了展望。以期通过不同学科相关领域的深入了解,促进铝碳复合材料在环境污染治理领域的进一步发展。